DE3740968C1 - Abgasrueckfuehreinrichtung fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents
Abgasrueckfuehreinrichtung fuer BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung für Brenn
kraftmaschinen nach der Gattung der Patentansprüche 1 und 4.
Eine solche Abgasrückführeinrichtung ist durch die DE-OS 29 46 557 bekannt.
Bekanntlich können die schädlichen Emissionen einer Brennkraft
maschine durch die Optimierung des Brennraumes und der Einspritz
anlage nur bis zu einer bestimmten Grenze verringert werden. Die
Kohlenwasserstoffemission wird durch die Spritzbeginnfrühverschie
bung minimiert, wodurch die NO x -Emission ansteigt. Um diese
NO x -Emission wieder zu reduzieren, wird bekanntlich die Abgasrück
führung vorgenommen, wofür verschiedene Methoden bekannt sind. Diese
speziell für die Verringerung der Kohlenwasserstoffemission durch
geführte Früherverstellung des Förderbeginns ist teilweise über
lagert mit der ohnehin in der Einspritzanlage vorhandenen Last - sowie
drehzahlabhängigen Spritzbeginnregelung. Bekanntlich
muß mit zunehmender Drehzahl der Förderbeginn auf früher
verstellt werden, insbesondere um die natürliche Spritz
beginnspätverstellung mit zunehmender Drehzahl, die
durch die winkelmäßig zunehmende Laufzeit der Druckwellen
in der Einspritzleitung bedingt ist, auszugleichen.
Eine Abgasrückführung darf nur unterhalb einer bestimmten
Last erfolgen, d. h. unterhalb einer bestimmten Einspritz
menge, wobei sich dieser Wert mit der Drehzahl in etwa
entsprechend den Lastkurven des Regelkennfelds ändert.
Bei einer bekannten Abgasrückführeinrichtung für Brenn
kraftmaschinen der gattungsgemäßen Art (DE-OS 29 46
557.4) dient als Kraftstoffeinspritzanlage eine Vertei
lereinspritzpumpe, bei der der Förderbeginn über eine
im Pumpensaugraum herrschenden drehzahlabhängigen hydrau
lischen Druck erfolgt und bei der dieser Druck durch
eine von der Lage der Muffe des Fliegkraftdrehzahlreglers
abhängige Abflußöffnung beeinflußt wird. Die Lage der
Regelmuffe ist drehzahl- und lastabhängig bestimmt,
da einerseits an der Regelmuffe die rein drehzahlab
hängigen Fliegkräfte angreifen und in entgegengesetzter
Richtung die über den Verstellhebel willkürlich änderba
ren und durch eine Regelfeder eingegebenen der Last
entsprechenden Kräfte. Die Abflußöffnung wird durch
die Regelmuffe dann aufgesteuert, wenn die für eine
Abgasrückführung gewünschte Last und Drehzahl erreicht
ist. Der durch die Abflußöffnung abströmende Kraftstoff
wird durch eine Drossel gestaut, wobei dieser Staudruck
auf einen Druckschalter in einer elektrischen Leitung
des Magneten des Wegeventils wirkt. Außerdem ist in
dieser elektrischen Leitung ein Schalter eingebaut,
der über einen Schaltnocken des Verstellhebels, also
für einen bestimmten Lastbereich, betätigt wird. Wenn
beide Schalter geschlossen sind, schaltet das Wegeventil
um, so daß das pneumatisch betätigte Abgasrückführventil
geöffnet wird. Es handelt sich also nicht um eine stetige
Regelung der Abgasrückführung, sondern um eine Auf-Zu
steuerung.
Diese Art der Steuerung ist durch die Verwendung eines
hydraulischen Druckschalters und eines Nockenschalters
sehr aufwendig und aufgrund des Raumbedarfes nachteilig
sowie auch störanfällig, ganz abgesehen davon, daß
die Staudrossel einen bestimmten Querschnitt aufweist,
der ab einer bestimmten Abströmmenge den erforderlichen
Schaltdruck bewirkt, was jedoch dazu führt, daß bei
größeren Abströmmengen pro Zeit, also bei hohen Drehzahl
len und geöffneter Abflußöffnung, sich die Drossel
wie ein Verschluß auswirkt, so daß die für die Anglei
chung des Förderbeginns vorgesehene Änderung des Druck
verlaufs im Saugraum aussetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführeinrichtung
so weiterzubilden, daß durch
Steuerdruckbildung zur Steuerung des Abgasrückführventils der für
zusätzliche Steuerfunktion bereitgestellte drehzahlabhängige hy
draulische Steuerdruck nicht störend beeinflußt wird.
Diese Aufgabe wird den gattungsgemäßen Einrichtungen durch die entsprechenden kennzeichnenden Merkmale des Patent
anspruchs 1 oder des Patentanspruch 4 gelöst.
Die erfindungsgemäße Abgasrückführeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die direkte Umsetzung
des hydraulischen Drucks zur Steuerung des Wegeventils Kosten gespart
werden bei gleichzeitigem Vermindern von Störquellen.
Durch die erfindungsgemäße Abgasrückführeinrichtung mit den kenn
zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 4 wird in vorteilhafter
Weise ein lastabhängiger Steuerdruck erreicht, durch dessen Bereit
stellung der hydraulische, der Förderbeginnänderung dienende Druck,
von dem der Steuerdruck abgeleitet wird, nicht störend beeinflußt
wird. Der Querschnitt der Staudrossel kann sehr eng gehalten werden,
da die Staudrossel nun nur noch die Aufgabe hat, bei geschlossener
Abflußöffnung an der Regelmuffe den hydraulischen Druck am hydrau
lischen Stellmotor so weit abzubauen, daß das Wegeventil wieder
schließen kann. Das Druckhalteventil hingegen hält bei abfließendem
Kraftstoff gerade einen Druck aufrecht, wie er zum Betätigen des
Stellmotors notwendig ist, der jedoch so gering ist, daß er keinen
Einfluß auf den Druck im Saugraum hat, so daß die lastabhängige För
derbeginnsteuerung nicht beeinträchtigt ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
der Beschreibung, der Zeichnung und den übrigen Ansprüchen
entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es ist
eine Verteilereinspritzpumpe im
Längsschnitt dargestellt, die zur Steuerung einer schema
tisch dargestellten Abgasrückführanlage dient.
Bei der Verteilereinspritzpumpe wird ein Pump- und
Verteilerkolben 1 durch eine Antriebswelle 2 und mit
Hilfe eines Nockengetriebes 3 in eine hin- und hergehende
und gleichzeitig rotierende Bewegung versetzt. Bei
jedem Druckhub des Pumpenkolbens 1 wird dabei aus einem
Pumpenarbeitsraum 4 über eine Verteilerlängsnut 5 Kraft
stoff zu einem von mehreren Druckkanälen 6 gefördert,
die um den Pump- und Verteilerkolben 1 herum in gleich
mäßigen Drehwinkelabständen angeordnet sind und jeweils
zu einem nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraft
maschine führen. Der Pumpenarbeitsraum 4 wird über
einen Saugkanal 7 aus einem im Gehäuse der Einspritzpumpe
vorhandenen und mit Kraftstoff gefüllten Saugraum 8
mit Kraftstoff versorgt, indem während des Saughubs
des Pump- und Verteilerkolbens 1 der Saugkanal 7 durch
im Pumpenkolben 1 vorgesehene Steuerlängsnuten 9 aufge
steuert wird. Die Anzahl der Steuerlängsnuten 9 entspricht
der Anzahl der Druckkanäle 6 und damit der Anzahl der
bei einer Umdrehung des Pumpenkolbens ausgeführten
Druckhübe. In dem Saugkanal 7 ist ein Magnetventil
10 angeordnet, das zur Beendigung der Einspritzung
den Saugkanal 7 sperrt, so daß während des Saughubs
des Pumpenkolbens 1 kein Kraftstoff aus dem Saugraum
8 in den Pumpenarbeitsraum 4 gelangen kann.
Die pro Hub in den Druckkanal 6 geförderte einzuspritzen
de Menge wird duch die axiale Lage eines um den Pumpen
kolben 1 angeordneten Regelschiebers 11 bestimmt. Diese
axiale Lage wird durch einen Drehzahlregler 12 und
einen willkürlich betätigbaren Verstellhebel 13 bestimmt
unter Auswertung der jeweiligen Drehzahl und Last (die
Last kann beispielsweise der Stellung des Gaspedals
des Kraftfahrzeugs entsprechen).
Der Saugraum 8 wird von einer Förderpumpe 14 her mit
Kraftstoff versorgt, die durch die Antriebswelle 2
angetrieben wird und aus einem Kraftstoffbehälter 15
und einer Saugleitung 16 Kraftstoff zuführt. Durch
ein Drucksteuerventil 17 wird der Ausgangsdruck der
Förderpumpe 14 und damit der Druck im Saugraum 8 gesteu
ert, wobei dieser Druck mit zunehmender Drehzahl ent
sprechend einer gewünschten Funktion ebenfalls zunimmt.
Im Saugraum 8 sind der Nockentrieb 3 sowie der Drehzahl
regler 12 angeordnet, die somit allseitig von diesem
Druck beaufschlagt sind und von diesem Kraftstoff ge
schmiert werden.
Der durch die Antriebswelle 2 angetriebene Nockentrieb
3 weist einen Rollen 18 tragenden Rollenring 19 auf,
der um einen bestimmten Winkel verdrehbar im Gehäuse
gelagert ist und in dessen U-förmigen Querschnitt die
Rollen 18 gelagert sind. Dieser Rollenring 19 ist über
einen Verstellbolzen 21 mit einem Spritzverstellkolben
22 verdrehschlüssig gekoppelt, wobei in der Zeichnung
dieser Spritzverstellkolben 22 um 90° verdreht darge
stellt ist, d. h. tatsächlich senkrecht zur Darstellungs
ebene verstellbar ist. In der Innenbohrung dieses Rollen
rings 19 ist eine Klauenkupplung vorhanden, bei der
abtriebsseitige Klauen 23 der Antriebswelle 2 mit an
triebsseitigen Klauen 24 des Pump- und Verteilerkolbens
1 ineinandergreifen, so daß der Pump- und Verteilerkolben
1 unabhängig von der Antriebswelle 2 eine Hubbewegung
während des Rotierens ausüben kann. Am Pumpenkolben
1 ist eine Stirnnockenscheibe 25 angeordnet, die mit
ihrer Stirnnocken 26 aufweisenden Stirnfläche auf den
Rollen 18 abläuft, wobei die Zahl der Stirnnocken wiede
rum der Anzahl der Druckkanäle 6 entspricht. Die Stirn
nockenscheibe 25 wird durch Federn 27, von denen nur
eine dargestellt ist, mit ihrer Laufbahn auf die Rollen
20 gepresst.
Der tangential zum Rollenring axial verschiebbare Spritz
verstellkolben 22 ist in der einen Verstellrichtung
durch eine Rückstellfeder 28 belastet und in der anderen
Verstellrichtung durch den in einem Raum 29 herrschenden
Druck des Saugraums 8, welcher durch einen im Spritzver
stellkolben 22 vorhandenen Drosselkanal 31 übertragen
wird. Die Verschieberichtung des Spritzverstellkolbens
ist dabei so gewählt, daß wenn der Kraftstoffdruck
im Saugraum 8 mit zunehmender Drehzahl steigt, der
Spritzverstellkolben 22 entgegen der Rückstellfeder
28 verschoben den Rollenring 19 so verdreht, daß die
Stirnnocken 26 der Stirnnockenscheibe 25 früher mit
den Rollen 18 in Eingriff gelangen, wodurch der Hubbeginn
des Pumpenkolbens 1 und damit der Förderbeginn des
Kraftstoffes in bezug auf die Drehlage der Antriebswelle
2 vorverlegt wird. Je höher also die Drehzahl ist,
desto früher ist der Förderbeginn (Spritzbeginn).
Der Antrieb des Drehzahlreglers 12 erfolgt über ein
Zahnrad 32, das mit der Antriebswelle 2 verbunden ist
und einen Drehzahlgeber 33 mit Fliehgewichten 34 an
treibt, welche an einer Reglermuffe 35 einerseits an
greifen, die axial verschiebbar auf einer Achse 36
gelagert ist und an der andererseits das durch eine
Regelfeder 37 belastete Regelhebelsystem 38 angreift,
welches den Regelschieber 11 für seine Hublage anlenkt.
Das Regelhebelsystem 38 ist auf einer Achse 39 hierfür
schwenkbar gelagert. Die Vorspannung der Regelfeder
37 ist durch den Verstellhebel 13 änderbar und zwar
in der Art, daß bei Verstellung des Verstellhebels
13 in Richtung zunehmender Last auch die Vorspannung
der Regelfeder 37 zunimmt, so daß der Regelschieber
11 weiter nach oben geschoben wird, was aufgrund eines
dadurch gegebenen späteren Aufsteuerns eines Entlastungs
kanals 41 des Pumpenarbeitsraums 4 während des Druckhubs
des Pumpenkolbens 1 eine Zunahme der Einspritzmenge
zur Folge hat. Die Absteuerung der noch im Pumpenarbeits
raum 4 befindlichen Kraftstoffmenge ist immer dann
gegeben, wenn während des Druckhubs des Pumpenkolbens
1 die Mündungen 42 des Entlastungskanals 1 aus dem
Regelschieber 11 austauchen und so die weitere Kraft
stoffförderung des Pumpenkolbens 1 in den Saugraum
8 erfolgt.
Um den Förderbeginn, der wie bisher beschrieben nur
drehzahlabhängig geändert wird, auch lastabhängig zu
steuern, ist in der Verstellmuffe 35 eine Steuerbohrung
43 vorhanden, die mit einem in der Achse 39 verlaufenden
Abflußkanal 44 zusammenwirkt, wodurch entweder in be
stimmten Lastzuständen, die sich über den Verstellhebel
13, die Regelfeder 37 und das Regelhebelsystem 38 auf
die Regelmuffe 35 auswirken oder in bestimmten Fällen
der Belastung des Motors, die sich auf die Drehzahl
auswirkt, indem über die Fliehgewichte 34 eine Verstel
lung der Regelmuffe 35 erfolgt, durch das Aufsteuern
des Abflußkanals 44 durch die Steuerbohrung 43 der
Druck im Saugraum 8 verringert und damit der Förderbeginn
auf später gestellt wird.
Dieses Aufsteuern des Abflußkanals findet immer unterhalb
einer bestimmten Last statt. Aus diesem Grunde wird
der abfließende Kraftstoff zur Steuerung der Abgasrück
führung verwendet, die ebenfalls unterhalb einer be
stimmten Last eingeschaltet werden soll. Diese Spritz
beginnspätverstellung bei niederer Last dient unter
anderem auch dazu, daß NO x -Emission zu reduzieren,
was allerdings zur Folge hat, daß die Kohlenwasserstoff-
Emission (HC) ansteigt. Die NO x -Emission wird zusätzlich
durch die Abgasrückführung reduziert. Die Folge sind
allerdings eine leichte Verschlechterung des Kraftstoff
verbrauchs der Brennkraftmaschine und der HC-Emission,
sowie die Gefahr von Schwarzrauchbildung. Aus diesen
Gründen wird die Abgasrückführung nur unterhalb einer
bestimmten Last (Einspritzmenge pro Hub) durchgeführt.
DerAbflußkanal 44 ist über eine Abflußleitung 45 mit
dem Kraftstoffbehälter 15 verbunden, wobei in dieser
Abflußleitung ein Druckhalteventil 46 angeordnet ist.
Stromauf dieses Druckhalteventils 46 ist mit der Abfluß
leitung 45 ein hydraulischer Stellmotor 47 eines pneuma
tischen 3/2-Wegeventils 48 verbunden. Das Wegeventil
48 steuert eine Unterdruckleitung 49, die von einem
Abgasrückführventil 51 zu einer Unterdruckquelle 52
führt. Das in Schließrichtung durch eine Feder 53 be
lastete Abgasrückführventil 51 ist in einer Abgasrück
führleitung 54 eines Motors 55 angeordnet, der über
eine Einspritzleitung 56 vom Druckkanal 6 her mit Kraft
stoff versorgt wird, der in der oben beschriebenen
Art gefördert wird bei entsprechender Regelung der
Menge und des Förderbeginns. Die Abflußleitung 45 weist
einen Bypass 57 auf, in dem eine Staudrossel 58 angeord
net ist.
Die Abgasrückführsteuerung findet so statt, daß unterhalb
einer bestimmten Last, bei der die Steuerbohrung 43
den Abflußkanal 44 aufsteuert, der dort aus dem Saugraum
8 und in die Abflußleitung 45 abfließende Kraftstoff
dort durch die Staudrossel 58 gestaut wird bis ab Errei
chen eines bestimmten Druckes das Druckhalteventil
46 öffnet und unter Halten dieses Abflußdruckes den
Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 15 abströmen läßt.
Kurz vor Erreichen dieses Abflußdruckes wird durch
den hydraulischen Stellmotor 47 das pneumatische Wege
ventil 48 geöffnet, so daß über die Unterdruckleitung
49 das Abgasrückführventil 51 durch die Unterdruckquelle
52 entgegen der Kraft der Schließfeder 53 geöffnet
wird und Abgas über die Abgasrückführleitung 54 von
der Abgasseite des Motors zur Saugseite strömen kann.
Sobald dann bei Überschreiten des erforderlichen Lastzu
standes durch die Regelmuffe 35 wieder der Abflußkanal
44 geschlossen wird, baut sich über die Staudrossel
58 der Abflußdruck in der Abflußleitung 45 wieder ab,
so daß der hydraulische Stellmotor 47 das Wegeventil
48 und damit das Abgasrückführventil 51 sperrt.
Claims (6)
1. Abgasrückführeinrichtung für Brennkraftmaschinen
mit einem in einer die Abgasleitung mit der Saug
leitung einer Brennkraftmaschine verbindenden Abgas
rückführleitung angeordneten, durch ein Steuermedium
betätigten Abgasrückführventil,
mit einem einen Stellmotor aufweisenden Wegeventil für das Steuermedium,
mit einer Kraftstoffeinspritzanlage, bei der für einen eine Mindestlast und -drehzahl aufweisenden Kennfeldbereich ein hydraulischer Steuerdruck verfüg bar ist
und mit einer den Stellmotor des Wegeventils steuern den Einrichtung, in der der hydraulische Steuerdruck zu einer Stellgröße des Stellmotors verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor des Wege ventils (48) hydraulisch arbeitet, und daß der hydrau lische Steuerdruck unmittelbar zur Betätigung des Wegeventils (48) dient.
mit einem einen Stellmotor aufweisenden Wegeventil für das Steuermedium,
mit einer Kraftstoffeinspritzanlage, bei der für einen eine Mindestlast und -drehzahl aufweisenden Kennfeldbereich ein hydraulischer Steuerdruck verfüg bar ist
und mit einer den Stellmotor des Wegeventils steuern den Einrichtung, in der der hydraulische Steuerdruck zu einer Stellgröße des Stellmotors verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor des Wege ventils (48) hydraulisch arbeitet, und daß der hydrau lische Steuerdruck unmittelbar zur Betätigung des Wegeventils (48) dient.
2. Abgasrückführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Abgasrückführventil (51)
als nicht betätigt geschlossenes, unterdruckgesteuertes
Ventil ausgebildet ist, daß als Steuermedium Luft
einer Unterdruckquelle (52) dient, und daß das Wege
ventil (48) als Pneumatikventil mit hydraulischem
Stellmotor (47) ausgebildet ist.
3. Abgasrückführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Steuer
druck einer Einrichtung für eine drehzahl- und lastab
hängige Förderbeginnverstellung der Einspritzanlage
entnehmbar ist.
4. Abgasrückführeinrichtung mit einer Kraftstoffein
spritzpumpe insbesondere nach einem der
Ansprüche 1 bis 3,
mit einem mit der Drehzahl zunehmenden, der Förder beginnänderung dienenden, hydraulischen Druck,
mit einer lastabhängigen Änderung dieses hydrauli schen Drucks in einem eine Mindestdrehzahl und -last- aufweisenden Kennfeld durch Abließenlassen eines Teils einer Steuerflüssigkeit über ein last- und drehzahlabhängig gesteuertes Ventil,
mit einer Staudrossel im Abflußstrom der Steuer flüssigkeit und mit einer Steuereinrichtung zur Umsetzung des Staudruckes in eine Stellgröße für ein die Abgasseite mit der Saugseite einer Brennkraft maschine verbindendes Abgasrückführventil, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Staudrossel (58) ein Druckhalteventil (46) vorhanden ist, über das die Steuerflüssigkeit bei Einhaltung eines Stau druckes abströmt.
mit einem mit der Drehzahl zunehmenden, der Förder beginnänderung dienenden, hydraulischen Druck,
mit einer lastabhängigen Änderung dieses hydrauli schen Drucks in einem eine Mindestdrehzahl und -last- aufweisenden Kennfeld durch Abließenlassen eines Teils einer Steuerflüssigkeit über ein last- und drehzahlabhängig gesteuertes Ventil,
mit einer Staudrossel im Abflußstrom der Steuer flüssigkeit und mit einer Steuereinrichtung zur Umsetzung des Staudruckes in eine Stellgröße für ein die Abgasseite mit der Saugseite einer Brennkraft maschine verbindendes Abgasrückführventil, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Staudrossel (58) ein Druckhalteventil (46) vorhanden ist, über das die Steuerflüssigkeit bei Einhaltung eines Stau druckes abströmt.
5. Abgasrückführeinrichtung mit einer Kraftstoffein
spritzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß als last- und drehzahlabhängig gesteuertes Ventil
eine Regelmuffe (35) dient, die durch Fliehgewicht
(34) entgegen der Kraft einer in der Vorspannung
lastabhängig änderbaren Regelfeder (37) verschiebbar
ist und über eine Steuerbohrung (43) die Steuer
flüssigkeit in einen Abflußkanal (44) austreten
läßt.
6. Abgasrückführeinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff
einspritzanlage mit einer Verteilereinspritzpumpe
arbeitet, deren Pump- und Verteilerkolben (1) relativ
zur Antriebswelle (2) über eine Spritzverstellein
richtung zur Förderbeginnänderung drehverstellbar
ist, und daß diese Relativverdrehung über einen
hydraulisch betätigten Spritzverstellkolben (22)
erfolgt, der in einen zwischen Antriebswelle (2)
und Pump- und Verteilerkolben (1) angeordneten Nocken
trieb (3) eingreift und durch einen im Gehäuse der
Verteilereinspritzpumpe in einem Saugraum (8) vorhan
denen drehzahlabhängig gesteuerten Kraftstoffdruck
beaufschlaft wird.
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